Question

【題目】氮有多種氫化物，其中NH3和N2H4用途最為廣泛；

（1）一定條件下，在3 L密閉容器中充入4 mol N2和9 mol H2合成氨。溫度為T1時，平衡時NH3的物質的量為2.4 mol，溫度為T2時，平衡時NH3的物質的量為2.0mol；

已知：破壞1 molN2(g)和3 molH2(g)中的化學鍵消耗的總能量小于破壞2molNH3(g)中的化學鍵消耗的能量。

①則T1 ____________T2（填“>”、“<”或“=”）；

②在T2 下，經過10min反應達到化學平衡狀態(tài)，則0~10min內H2的平均反應速率v(H2)= __________，平衡時N2的轉化率α(N2)=__________，平衡后若再增大氫氣濃度，該反應的平衡常數__________（填“增大”、“減小”或“不變”）。

（2）肼(N2H4)又稱聯氨，是一種可燃性的液體，可用作火箭燃料。肼—空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，產物無污染，電解質溶液是20%～30%的KOH溶液。肼—空氣燃料電池放電時，負極的電極反應式是__________________________；正極附近溶液的pH________（填“增大”、“減小”或“不變”）。

（3）發(fā)射神舟飛船的長征火箭用肼(N2H4，氣態(tài))為燃料，為了提高肼（N2H4）燃燒過程中釋放的能量，常用NO2作氧化劑代替O2，這兩者反應生成N2和水蒸氣。已知：①N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g) ΔH1＝＋67.7kJ·mol－1 ②N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH2＝－534 kJ·mol－1，寫出肼和NO2完全反應的熱化學方程式：______________________________。

Answer 1

【答案】 ＜ 0.1mol/(L·min) 25% 不變 N2H4—4e—+4OH—=N2+4H2O 增大 2N2H4(g)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(g) △H= —1135.7 kJ·mol－1

【解析】（1）考查勒夏特列原理、化學平衡的計算，①破壞1 molN2(g)和3 molH2(g)中的化學鍵消耗的總能量小于破壞2molNH3(g)中的化學鍵消耗的能量，說明此反應是放熱反應，溫度T1達到平衡時，n(NH3)=2.4mol，溫度為T2平衡時n(NH3)=2.0mol，正反應方向是放熱反應，隨著溫度升高，平衡向逆反應方向進行，即T1<T2；②合成氨化學反應方程式為N2＋3H22NH3，生成NH3的物質的量為2.0mol，則消耗氫氣物質的量為2.0×3/2mol=3.0mol，根據化學反應速率數學表達式，v(H2)=3.0/(10×3)mol/(L·min)=0.1mol/(L·min)；消耗N2的物質的量為1mol，則N2的轉化率為1/4×100%=25%；化學平衡常數只受溫度的影響，增大氫氣的濃度，化學平衡常數不變；（2）考查原電池的工作原理和電極反應式的書寫，產物是無污染，因此N2H4轉化成N2，因為環(huán)境是堿性，因此負極電極反應式為N2H4＋4OH－－4e－=N2＋4H2O，正極反應式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，因此正極附近溶液的pH增大；（3）考查熱化學反應方程式的計算，肼與NO2的反應方程式為2N2H4＋2NO2=3N2＋4H2O，②×2－①得出△H=－1135.7kJ·mol－1，熱化學反應方程式為：2N2H4(g)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(g) △H= -1135.7 kJ·mol－1。